01. Принцип управления свето-температурным режимом для роста тепличных растений / С. К. Шерьязов, С. А. Попова

Печать

УДК 635.918:631.544.41

DOI: 10.15507/2658-4123.031.202101.008-020

Принцип управления свето-температурным режимом для роста тепличных растений

Шерьязов Сакен Койшыбаевич
профессор кафедры энергообеспечения и автоматизации технологических процессов ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет» (454080, Российская Федерация, г. Челябинск, пр-т Ленина, д. 75), доктор технических наук, Researcher ID: T-6388-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8795-5114, Scopus ID: 57194205093, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Попова Светлана Александровна
доцент кафедры энергообеспечения и автоматизации технологических процессов ФГБОУ ВО «Южно-Уральский государственный аграрный университет» (454080, Российская Федерация, г. Челябинск, пр-т Ленина, д. 75), кандидат технических наук, Researcher ID: T-6388-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0360-2288

Введение. В статье рассматриваются условия выращивания тепличных растений, среди которых важным фактором является поддержание процесса фотосинтеза путем досвечивания растений и необходимого микроклимата в теплице. Выращивание тепличных растений c помощью снижения потребляемой электроэнергии за счет управления микроклиматом в теплице и процессом досвечивания растений является актуальной задачей.
Материалы и методы. Показано, что для выращивания тепличных растений требуются особые условия, поддержание освещенности теплицы и необходимой температуры. Методом эффективного выращивания растения является управление процессом контроля микроклимата и досвечивания. Показано, что для разработки алгоритма управления требуются математические модели, связывающие процесс фотосинтеза с параметрами микроклимата. Приведены математические модели, полученные на основе экспериментальных данных.
Результаты исследования. Для поддержания микроклимата в теплице разработана система и алгоритм управления режимами выращивания растений. Для контроля процесса досвечивания и освещенности используются LED-светильники. Приведена разработанная структурная схема системы управления, которая содержит четыре канала, отвечающие за основные энергоемкие факторы микроклимата. В статье содержится описание алгоритма управления свето-температурным режимом теплицы.
Обсуждение и заключение. Показана необходимость поддержания микроклимата теплицы и досвечивания растений различным спектром излучения для интенсивного роста светокультурных растений и эффективного выращивания их в условиях теплицы. Разработанные структура и алгоритм управления процессом досвечивания растений и освещенности теплицы на базе LED-светильников позволяют снизить потребление электроэнергии.

Ключевые слова: тепличные растения, досвечивание, освещенность, температура, микроклимат теплицы, спектр излучения, система управления, алгоритм управления, LED-светильники

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Для цитирования: Шерьязов, С. К. Принцип управления свето-температурным режимом для роста тепличных растений / С. К. Шерьязов, С. А. Попова. – DOI 10.15507/2658-4123.031.202101.008-020 // Инженерные технологии и системы. – 2021. – Т. 31, № 1. – С. 8–20.

Заявленный вклад соавторов:
С. К. Шерьязов – общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи.
С. А. Попова – сбор материала, написание и подготовка текста.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 18.09.2020; одобрена после рецензирования 15.10.2020;
принята к публикации 22.10.2020

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Guzhov S., Polishchuk A., Turkin A. Concept of Use of the LED Luminaires Along with the Traditional Light Sources. Sovremennye tekhnologii avtomatizatsii = Contemporary Technologies in Automation. 2008; (1):14-18. Available at: https://www.cta.ru/cms/f/368162.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

2. Hogewoning S.W., Trouwborst G., Maljaars H., et al. Blue Light Dose-Responses of Leaf Photosynthesis, Morphology, and Chemical Composition of Cucumis Sativus Grown under Different Combinations of Red and Blue Light. Journal of Experimental Botany. 2010; 61(11):3107-3117. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1093/jxb/erq132

3. Dong C., Fu Y., Liu G., et al. Growth, Photosynthetic Characteristics, Antioxidant Capacity and Biomass Yield and Quality of Wheat (Triticum aestivum L.) Exposed to LED Light Sources with Different Spectra Combinations. Journal of Agronomy and Crop Science. 2014; 200(3):219-230. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1111/jac.12059

4. Hanyu H., Shoji K. Acceleration of Growth in Spinach by Short-Term Exposure to Red and Blue Light at the Beginning and at the End of the Daily Dark Period. In: IV International ISHS Symposium on Artificial Lighting, ISHS Acta Horticulturae. 2002; 580:145-150. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2002.580.17

5. Kondratieva N.P., Filatov D.A., Terentiev P.V., et al. Comparative Assessment of Sodium and LED Greenhouse Irradiators Main Characteristics. Selskokhozyaystvennye mashiny i tekhnologii = Agricultural Machinery and Technologies. 2020; 14(1):50-54. (In Russ.) DOI: https://doi.org/10.22314/2073-7599-2020-14-1-50-54

6. Kondratieva N.P., Terentyev P.V., Filatov D.A. Comparative Experimental Analysis of Pulsation Coefficient of Discharge and LED Light Sources for Plant Production. Vestnik NGIEI = Bulletin NGII. 2019; (9):46-56. Available at: https://clck.ru/SsYA9 (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

7. Dougher T.A.O., Bugbee B. Long-term Blue Light Effects on the Histology of Lettuce and Soybean Leaves and Stems. Journal of the American Society of Horticultural Science. 2004; 129(4):467-472. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.21273/JASHS.129.4.0467

8. Sheriazov S.K., Popova S.A., Karimov I.I. The Control of Lighting up Regime of Greenhouse Plants with LED Irradiators. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019; 791. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/791/1/012074

9. Hirai T., Amaki W., Watanabe H. Action of Blue or Red Monochromatic Light on Stem Internodal Growth Depends on Plant Species. In: V International Symposium on Artificial Lighting in Horticulture, ISHS Acta Horticulturae. 2006; 711:345-350. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2006.711.47

10. Yerokhin M.M., Kamshilov V.G., Terekhov V.G., et al. [Research on the Characteristics of LEDS for Phyto-Irradiators]. Svetotekhnika = Light & Engineering. 2019; (5):42-48. Available at: https://l-ejournal.com/journals/zhurnal-svetotekhnika-5-2019/zhurnal-svetotekhnika-5-2019-elektronnaya-versiya/ (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

11. Pchelin V.M, Makarova I.E. [Assessment of the Status and Prospects for the Development of Irradiation Systems in Modern Greenhouse Complexes]. Svetotekhnika = Light & Engineering. 2018; (1):23-27. (In Russ.). Available at: https://l-e-journal.com/journals/zhurnal-svetotekhnika/otsenka-sostoyaniya-i-perspektiv-razvitiyasistem-oblucheniya-v-sovremennykh-teplichnykh-kompleksakh/ (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

12. Galiullin R.R., Karimov I.I. Efficiency LED Lamps in Greenhouses. Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy = Electrical and Information Complexes and Systems. 2016; 1(12):34-39. Available at: https://clck.ru/SsZWS (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

13. Popova S.A. Substantiation of Intermittent Supplementary Lighting of Greenhouse Plants with LED-Irradiators. Vyestnik IRGSKhA = Irkutsk State Agricultural Academy Bulletin. 2017; 80:118-125. Available at: http://vestnik.irsau.ru/files/v80.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

14. Karimov I.I., Popova S.A. Experimental Phitocamera for Investigation of Factors of Plants Growth in the Conditions of Closed Soil. Vestnik IRGSKhA = Irkutsk State Agricultural Academy Bulletin. 2017; 81/1:153-160. Available at: http://vestnik.irsau.ru/files/v81-1.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

15. Xu Y., Chang Y., Chen G., et al. The Research on LED Supplementary Lighting System for Plants. Optik. 2016; 127(18):7193-7201. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2016.05.056

16. Gaston K.J., Visser M.E., Hölker F. The Biological Impacts of Artificial Light at Night: The Research Challenge. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2015; 370(1667). (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2014.0133

17. Barmasov A.V., Barmasova A.M., Yakovleva T.Yu. The Biosphere and the Physical Factors. Light Pollution of the Environment. Uchyenyye zapiski rossiyskogo gosudarstvyennogo gidromyetyeorologichyeskogo univyersityeta = Proceedings of the Russian State Hydrometeorological University. 2014; (33):84-101. Available at: http://www.rshu.ru/university/notes/archive/issue33/uz33-84-101.pdf (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

18. Dueck T.A., Janse J., Eveleens B.A., et al. Growth of Tomatoes under Hybrid LED and HPS Lighting. In: International Symposium on Advanced Technologies and Management Towards Sustainable Greenhouse Ecosystems: Greensys 2011, ISHS Acta Horticulturae. 2012; 952:335-342. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2012.952.42

19. Popova S.A. Mathematical Modeling of Plant Efficiency as the Means for Energy-Saving Efficiency Increase. Vestnik KrasGAU = Bulletin of KrasGAU. 2010; (7):141-145. Available at: https:// clck.ru/Ssb4G (accessed 20.01.2021). (In Russ.)

20. Sysoeva M.I., Markovskaya E.F. Temperature Regulation of the Rate of Development of Cucumber Plants in Ontogenesis. Vestnik Bashkirskogo universiteta = Bashkir University Bulletin. 2001; (2):164-165. (In Russ.)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.